一種穿戴式?jīng)_擊檢測設(shè)備及控制方法、系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種穿戴式?jīng)_擊檢測設(shè)備及控制方法、系統(tǒng)。所述沖擊檢測設(shè)備包括：傳感器、處理器、存儲器和報(bào)警裝置；所述處理器分別與所述傳感器、所述報(bào)警裝置以及所述存儲器雙向通信連接；所述傳感器用于采集用戶的所處環(huán)境的參數(shù)并發(fā)送給所述處理器；所述處理器用于將所述環(huán)境的參數(shù)儲存到所述存儲器中，并根據(jù)預(yù)設(shè)算法處理后得到用戶的傷害等級；所述報(bào)警裝置用于接收來自所述處理器的傷害等級數(shù)據(jù)并提醒用戶；所述傳感器為壓力傳感器和加速度傳感器。本發(fā)明提供的控制方法以及系統(tǒng)基于上述沖擊檢測設(shè)備實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明提高傷害等級判斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。
【專利說明】
-種穿戴式?jīng)_擊檢測設(shè)備及控制方法、系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種穿戴式?jīng)_擊檢測設(shè)備及控制方法、系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在戰(zhàn)爭條件下，人們經(jīng)常處于爆炸的環(huán)境中，其中爆炸產(chǎn)生的沖擊波導(dǎo)致環(huán)境壓 力的突變使頭部產(chǎn)生直接傷害即一次傷害;爆炸沖擊波帶來的高速彈片W及建筑物倒塌對 頭部的擊傷為二次傷害;當(dāng)傷者倒地時(shí)，與堅(jiān)硬的固體發(fā)生撞擊即=次傷害。
[0003] 傷者在二次傷害或者=次傷害時(shí)，煩腦受到中度或者重度傷害，此時(shí)身邊人員可 W及時(shí)發(fā)現(xiàn)傷者的情形。但是爆炸產(chǎn)生的一次傷害對煩腦產(chǎn)生的一次傷害，由于外表不明 顯，導(dǎo)致早期治療時(shí)容易被忽視，從而給傷者的健康留下隱患，甚至?xí)绊懞罄m(xù)的正常生 活。
[0004] 另外，在生產(chǎn)生活中、高空跌落、交通車禍W及體育運(yùn)動等原因?qū)е碌牟煌潭鹊?煩腦操作也時(shí)有發(fā)生，尤其在機(jī)械、建筑、礦山等生產(chǎn)作業(yè)時(shí)，意外墜落和高空墜物的擊打 事件對作業(yè)者頭部會造成煩腦的損傷。運(yùn)種墜落物對人體傷害主要由加速度沖擊力引起， 與戰(zhàn)爭環(huán)境中彈片對頭部擊打作用原理類似，也往往造成外不可見的煩腦傷害，從而已被 人們忽略而耽誤治療。
[0005] 為避免傷害或者及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，在戰(zhàn)爭環(huán)境或者工業(yè)生產(chǎn)過程中需要人們穿戴防 護(hù)頭盎，并在防護(hù)頭盎的上設(shè)置數(shù)據(jù)采集模塊，檢測并記錄受到的沖擊，W便可能在屏幕上 顯示結(jié)果。但是由于防護(hù)頭盎的防護(hù)或屏蔽作用，采集的加載數(shù)據(jù)并不等同于人體所受到 的加載。同時(shí)，由于不同頭盎的型號、材料W及緩沖性能的不同，數(shù)據(jù)采集模塊專一性較強(qiáng)， 通用性能較差。例如，公開號為CN104585954A的中國專利申請中公開了可實(shí)時(shí)監(jiān)測礦工健 康的智能頭盎裝置，在頭盎的內(nèi)部安裝一個(gè)光傳感器。該光傳感器緊貼礦工的頭部，同時(shí)在 后腦勺的位置布置一個(gè)處理器。該處理器可W把收集到的生理體征信息傳輸?shù)降孛嬲{(diào)度 室，用W實(shí)時(shí)監(jiān)測礦工的身體狀況。運(yùn)種W屯、率等生理指標(biāo)作為傷害的依據(jù)受到人屯、理狀 態(tài)影響較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供一種穿戴式?jīng)_擊檢測設(shè)備及控制方法、系統(tǒng)， 可W解決現(xiàn)有技術(shù)中壓力傳感器僅能測量單方向壓力引起的傷害等級判斷不準(zhǔn)確的問題。
[0007] 第一方面，本發(fā)明提供了一種穿戴式?jīng)_擊檢測設(shè)備，包括:傳感器、處理器、存儲器 和報(bào)警裝置;所述處理器分別與所述傳感器、所述報(bào)警裝置W及所述存儲器雙向通信連接； [000引所述傳感器用于采集用戶的所處環(huán)境的參數(shù)并發(fā)送給所述處理器；
[0009] 所述處理器用于將所述環(huán)境的參數(shù)儲存到所述存儲器中，并根據(jù)預(yù)設(shè)算法處理后 得到用戶的傷害等級；
[0010] 所述報(bào)警裝置用于接收來自所述處理器的傷害等級數(shù)據(jù)并提醒用戶；
[0011] 所述傳感器為壓力傳感器和加速度傳感器。
[0012] 可選地，所述壓力傳感器為NPP-301A-700A型號的壓力傳感器;所述加速度傳感器 為AD化375型號的加速度傳感器。
[0013] 可選地，所述壓力傳感器還包括運(yùn)算放大電路;所述運(yùn)算放大電路包括:運(yùn)算放大 器U1A、運(yùn)算放大器U1B、運(yùn)算放大器U2B、電阻R19、電阻R20、電阻R21、電阻R22、電阻R23、電 阻R24、電阻R25和電容C9;其中，
[0014] 所述運(yùn)算放大器UlA的同相輸入端連接所述壓力傳感器的輸出端N_out，反相輸入 端通過所述電阻R20連接所述運(yùn)算放大器UlB的反相輸入端，第一電源端輸入5V電源，第二 電源端接地，輸出端通過所述電阻R21連接所述運(yùn)算放大器U2B的反相輸入端W及通過所述 電阻R18連接反相輸入端；
[0015] 所述運(yùn)算放大器UlB的同相輸入端連接所述壓力傳感器的輸出端口_〇11*，反相輸入 端通過所述電阻R19連接其輸出端;輸出端通過所述電阻R22W及所述電阻R24接地；
[0016] 所述運(yùn)算放大器U2B的同相輸入端連接所述電阻R24的未接地端，輸出端通過所述 電阻R23連接其反相輸入端;所述運(yùn)算放大器U2B的輸出端還通過所述電阻R25W及電容C9 接地。
[0017] 可選地，所述處理器為MC9508QG8型號的單片機(jī)忍片。
[0018] 可選地，所述沖擊檢測設(shè)備還包括通信模塊，所述通信模塊為藍(lán)牙電路、射頻電 路、65]?、〔0魁、36、46和56中的一種或者多種。
[0019] 第二方面，本發(fā)明還提供了一種穿戴式?jīng)_擊檢測設(shè)備系統(tǒng)，包括多個(gè)如上文所述 的沖擊檢測設(shè)備，每個(gè)沖擊檢測設(shè)備之間通過通信模塊通信連接，用于獲取其他沖擊檢測 設(shè)備的傷害等級報(bào)警信息。
[0020] 第=方面，本發(fā)明還提供了一種穿戴式?jīng)_擊檢測設(shè)備的控制方法，其特征在于，基 于上文所述的沖擊檢測設(shè)備實(shí)現(xiàn)，所述沖擊檢測設(shè)備包括壓力傳感器和加速度傳感器，所 述壓力傳感器W及加速度傳感器W預(yù)設(shè)采集周期采集數(shù)據(jù)，所述控制方法包括：
[0021 ]根據(jù)預(yù)設(shè)控制策略采集當(dāng)前環(huán)境的壓力和加速度；
[0022] 根據(jù)所述壓力和加速度根據(jù)預(yù)設(shè)算法判斷當(dāng)前環(huán)境下穿戴者的傷害等級。
[0023] 可選地，所述根據(jù)預(yù)設(shè)控制策略采集當(dāng)前環(huán)境的壓力和加速度的步驟中包括：
[0024] 當(dāng)所述沖擊檢測設(shè)備初始化時(shí)，所述加速度傳感器W第一預(yù)設(shè)頻率測量加速度， 此時(shí)壓力傳感器處于待機(jī)狀態(tài)；
[0025] 當(dāng)當(dāng)前采集周期與上一采集周期所采集的加速度的差值超過第一預(yù)設(shè)值時(shí)，所述 加速度傳感器W第二預(yù)設(shè)頻率測量加速度，同時(shí)所述壓力傳感器W預(yù)設(shè)采集周期采集當(dāng)前 環(huán)境壓力；
[0026] 當(dāng)當(dāng)前采集周期所采集的加速度超過第二預(yù)設(shè)值時(shí)，所述加速度傳感器W第=預(yù) 設(shè)頻率測量加速度，同時(shí)所述壓力傳感器W預(yù)設(shè)采集周期采集當(dāng)前環(huán)境壓力。
[0027] 可選地，當(dāng)所采集的加速度超過第二預(yù)設(shè)值時(shí)，所述加速度傳感器W第=預(yù)設(shè)頻 率測量加速度，同時(shí)所述壓力傳感器W預(yù)設(shè)采集周期采集當(dāng)前環(huán)境壓力的步驟還包括：
[002引柏舊擊獻(xiàn)山符&化化傷指數(shù)通過W下表達(dá)式計(jì)算；
[0029]
[0030]當(dāng)所述容傷指數(shù)超過指數(shù)預(yù)設(shè)值時(shí)，根據(jù)所述當(dāng)前環(huán)境壓力進(jìn)行壓力分級確定傷 害等級；
[003^1] 式中，a(t)為加速度，單位為g，g = 9.81m/s2;tl和t2為沖擊過程中的兩個(gè)時(shí)刻;t2- tl為tl時(shí)刻與t2時(shí)刻之間的一段時(shí)間間隔，t2-tl《15ms或者t2-tl《36ms。
[0032] 可選地，當(dāng)所采集的加速度超過第二預(yù)設(shè)值時(shí)，所述加速度傳感器W第=預(yù)設(shè)頻 率測量加速度，同時(shí)所述壓力傳感器W預(yù)設(shè)采集周期采集當(dāng)前環(huán)境壓力的步驟還包括：
[0033] 利用力合成原理獲取投影為所述當(dāng)前環(huán)境壓力且在所述加速度方向的壓力調(diào)整 值；
[0034] 根據(jù)所述壓力調(diào)整值進(jìn)行壓力分級確定傷害等級。
[0035] 由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明中檢測設(shè)備包括壓力傳感器和加速度傳感器構(gòu)成的 傳感器采集環(huán)境參數(shù)，然后由處理器對環(huán)境參數(shù)中的壓力W及加速度進(jìn)行處理W得到用戶 的傷害等級。本發(fā)明利用壓力與加速度傳感器可W解決現(xiàn)有技術(shù)中僅利用壓力傳感器進(jìn)行 沖擊檢測時(shí)導(dǎo)致判斷結(jié)果不準(zhǔn)確的問題，從而提高傷害等級判斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。
【附圖說明】
[0036] 通過參考附圖會更加清楚的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖是示意性的而不應(yīng)理 解為對本發(fā)明進(jìn)行任何限制，在附圖中：
[0037] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種穿戴式?jīng)_擊檢測設(shè)備框圖；
[0038] 圖2是圖1所示穿戴式?jīng)_擊檢測設(shè)備中壓力傳感器的溫度補(bǔ)償電路圖；
[0039] 圖3是圖1所示穿戴式?jīng)_擊檢測設(shè)備中壓力傳感器的放大電路圖；
[0040] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種穿戴式?jīng)_擊檢測設(shè)備的控制方法的流程示意圖；
[0041] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種穿戴式?jīng)_擊檢測設(shè)備的控制方法的具體流程示意 圖；
[0042] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種穿戴式?jīng)_擊檢測設(shè)備的控制方法的力合成原理示 意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例 中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是 本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0044] 第一方面，本發(fā)明提供了一種穿戴式?jīng)_擊檢測設(shè)備，如圖1所示，包括:傳感器1、處 理器2、報(bào)警裝置3和存儲器4。處理器2分別與傳感器1、報(bào)警裝置3W及存儲器4雙向通信連 接。
[0045] 傳感器1用于采集用戶的所處環(huán)境的參數(shù)并發(fā)送給處理器2;
[0046] 處理器2用于將所述環(huán)境的參數(shù)儲存到存儲器4中，并根據(jù)預(yù)設(shè)算法處理后得到用 戶的傷害等級；
[0047] 報(bào)警裝置3用于接收來自處理器2的傷害等級數(shù)據(jù)并提醒用戶；
[004引傳感器1為壓力傳感器11和加速度傳感器12。
[0049] 本發(fā)明實(shí)施例中通過設(shè)置壓力傳感器11和加速度傳感器12可W采集設(shè)備所受到 的壓力W及加速度，根據(jù)壓力與加速度共同確定傷害等級，可W提高傷害等級判斷結(jié)果的 準(zhǔn)確性。
[0050] 需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例中加速度傳感器為AD化375型號的加速度傳感器。本 發(fā)明技術(shù)人員可W根據(jù)需要選擇其他型號的加速度傳感器或者具有測量加速度功能的電 路實(shí)現(xiàn)本申請的技術(shù)方案。由于AD化375型號的加速度傳感器為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再詳細(xì)說 明。
[0051] 需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例中處理器為MC9508QG8型號的單片機(jī)忍片。本發(fā)明實(shí) 施例中該處理器僅用于根據(jù)壓力與加速度根據(jù)預(yù)設(shè)算法判斷傷害等級。利用現(xiàn)有技術(shù)中的 現(xiàn)有程序即實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的比較判斷，本領(lǐng)域技術(shù)人員可W根據(jù)具體使用場景選擇其他忍片實(shí) 現(xiàn)，本發(fā)明不作限定。
[0052] 本發(fā)明實(shí)施例提供的壓力傳感器為NPP-301A-700A型號的壓阻型壓力傳感器。當(dāng) 然，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可W采用其他類型的壓力傳感器，同樣可W實(shí)現(xiàn)本申請的技術(shù)方案， 本發(fā)明不作限定。
[0053] 實(shí)際應(yīng)用中，壓力傳感器11還具有溫度補(bǔ)償電路。如圖2所示，該溫度補(bǔ)償電路包 括:運(yùn)算放大器U2A、電阻R11、電阻R12、電阻R13、電阻314、電阻1?15、電阻1?16和電阻1?17。
[0054] 電阻Rll與電阻R12串聯(lián)后分別連接5V電源與運(yùn)算放大器U2A的同相輸入端，其中 電阻R12的一端連接5V電源，電阻Rll的一端連接運(yùn)算放大器U2A的同相輸入端。另外，在電 阻Rl 1與電阻Rl 2的連接點(diǎn)處連接到地GND。
[0055] 運(yùn)算放大器U2A的反相輸入端通過電阻R17接地GND;輸出端通過電阻R13與電阻 R17后接地GND。該運(yùn)算放大器U2A的輸出端連接壓力傳感器NPP301的第6管腳(-out)與第8 管腳(+In),同時(shí)經(jīng)過電阻R14連接壓力傳感器NPP301的第2管腳(+out)。
[0056] 電阻R15與電阻R16串聯(lián)后連接該壓力傳感器NPP301的第4管腳(-In)和第5管腳(- In),并且電阻R15與電阻R16的連接點(diǎn)通過電阻R17接地GND。
[0057] 由于該溫度補(bǔ)償電路為現(xiàn)有技術(shù)中常用電路，其工作原理在此不再寶述。
[005引另外，本發(fā)明實(shí)施例中壓力傳感器11還包括運(yùn)算放大電路。如圖6所示，該運(yùn)算放 大電路包括:運(yùn)算放大器U1A、運(yùn)算放大器U1B、運(yùn)算放大器U2B、電阻R19、電阻R20、電阻R21、 電阻R22、電阻R23、電阻R24、電阻R25和電容C9。其中，運(yùn)算放大器UlA的同相輸入端連接壓 力傳感器的輸出端N_out，反相輸入端通過電阻R20連接運(yùn)算放大器UlB的反相輸入端，第一 電源端輸入5V電源，第二電源端接地，輸出端通過電阻R21連接運(yùn)算放大器U2B的反相輸入 端W及通過電阻R18連接反相輸入端。運(yùn)算放大器UlB的同相輸入端連接壓力傳感器的輸出 端口_011*，反相輸入端通過電阻R19連接其輸出端;輸出端通過電阻R22W及電阻R24接地。運(yùn) 算放大器U2B的同相輸入端連接電阻R24的未接地端，輸出端通過電阻R23連接其反相輸入 端;運(yùn)算放大器U2B的輸出端還通過電阻R25W及電容C9接地。
[0059] 該放大電路的工作原理如下：
[0060] 運(yùn)算放大器UlA和UlB緩沖輸入電壓，輸出作為運(yùn)算放大器U2B的輸入，由于差動放 大電路提供兩端匹配的高阻抗，W便使輸入源阻抗對電路共模抑制的影響為最小。增益電 阻R20連接在兩個(gè)輸入緩沖器的求和點(diǎn)之間。輸入電壓經(jīng)過放大后的差分電壓呈現(xiàn)在Rl (圖 中未示出，UlA的反饋電阻，連接UlA的輸出端與反相輸入端）、R19、R20S只電阻上，差分增 益通過R20進(jìn)行調(diào)整。其他電阻匹配為R21 = 4.7K，R25 = R20=化，R18 = R19 = 20K，R23 = 10K，單位歐姆，該放大電路的放大倍數(shù)約為100倍。
[0061 ] 當(dāng)Nout輸入增大，Pout輸入不變，經(jīng)過R20電阻電流增大，R20兩端分壓增大，UlA與 UlB輸出電壓增大，ADO處電壓減??；
[0062] 當(dāng)Nout輸入不變，Pout輸入增大，經(jīng)過R20電阻電流減小，UlA與UlB輸出電壓減小， ADO處電壓增大。
[0063] 實(shí)施例二
[0064] 本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種穿戴式?jīng)_擊檢測設(shè)備系統(tǒng)，包括多個(gè)如上文所述的沖 擊檢測設(shè)備，每個(gè)沖擊檢測設(shè)備之間通過通信模塊通信連接，用于獲取其他沖擊檢測設(shè)備 的傷害等級報(bào)警信息。
[0065] 需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例中沖擊檢測設(shè)備還包括通信模塊，所述通信模塊為 藍(lán)牙電路、射頻電路、GSM、CDMA、3G、4G和5G中的一種或者多種。本領(lǐng)域技術(shù)人員可W根據(jù)具 體使用場景選擇其他通信模塊，本發(fā)明不作限定。
[0066] 需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例中各沖擊檢測設(shè)備之間可W互相采集各個(gè)沖擊檢測 設(shè)備的傷害等級報(bào)警信息。即當(dāng)其中一個(gè)沖擊檢測設(shè)備發(fā)生報(bào)警時(shí)，會W廣播的方式發(fā)送 給該系統(tǒng)內(nèi)的其他沖擊檢測設(shè)備，運(yùn)樣可W使所有佩戴沖擊檢測設(shè)備的用戶及時(shí)發(fā)現(xiàn)該用 戶的受傷情況，使距離較近的用戶及時(shí)為受傷用戶治療。
[0067] 當(dāng)然也可W把系統(tǒng)中多個(gè)沖擊檢測設(shè)備中的一個(gè)設(shè)置為主沖擊檢測設(shè)備，剩余的 為輔沖擊檢測設(shè)備，所有輔沖擊檢測設(shè)備只向主沖擊檢測設(shè)備發(fā)送報(bào)警信息，而任意兩個(gè) 輔沖擊檢測設(shè)備之間不通信。當(dāng)主沖擊檢測設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，再將其中一個(gè)輔沖擊檢測設(shè) 備設(shè)置有主沖擊檢測設(shè)備。
[006引實(shí)施例S
[0069] 本發(fā)明提供的穿戴式?jīng)_擊檢測設(shè)備大部分用于戶外場景，此時(shí)遠(yuǎn)離供電區(qū)域，為 使沖擊檢測設(shè)備保持長時(shí)間工作狀態(tài)，還需要對沖擊檢測設(shè)備的用電情況進(jìn)行控制。為此， 本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種穿戴式?jīng)_擊檢測設(shè)備的控制方法，如圖4所示，所述沖擊檢測設(shè) 備包括壓力傳感器和加速度傳感器，所述壓力傳感器W及加速度傳感器W預(yù)設(shè)采集周期采 集數(shù)據(jù)，所述控制方法包括：
[0070] Sl、根據(jù)預(yù)設(shè)控制策略采集當(dāng)前環(huán)境的壓力和加速度；
[0071] S2、根據(jù)所述壓力和加速度根據(jù)預(yù)設(shè)算法判斷當(dāng)前環(huán)境下穿戴者的受傷等級。
[0072] 需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例中，預(yù)設(shè)控制策略是指預(yù)先設(shè)置在處理器內(nèi)的控制 策略。該預(yù)設(shè)控制策略可W為：
[0073] 當(dāng)所述沖擊檢測設(shè)備初始化時(shí)，所述加速度傳感器W第一預(yù)設(shè)頻率測量加速度， 此時(shí)壓力傳感器處于待機(jī)狀態(tài)；
[0074] 當(dāng)當(dāng)前采集周期與上一采集周期所采集的加速度的差值超過第一預(yù)設(shè)值時(shí)，所述 加速度傳感器W第二預(yù)設(shè)頻率測量加速度，同時(shí)所述壓力傳感器W預(yù)設(shè)采集周期采集當(dāng)前 環(huán)境壓力；
[0075] 當(dāng)當(dāng)前采集周期所采集的加速度超過第二預(yù)設(shè)值時(shí)，所述加速度傳感器W第=預(yù) 設(shè)頻率測量加速度，同時(shí)所述壓力傳感器W預(yù)設(shè)采集周期采集當(dāng)前環(huán)境壓力。
[0076] 本發(fā)明通過設(shè)置預(yù)設(shè)控制策略，使加速度傳感器工作在不同的采集頻率狀態(tài)，且 壓力傳感器在加速度傳感器的不同工作階段采集壓力。通過使壓力傳感器W及加速度傳感 器工作的不同的場景，從而節(jié)省電能，使沖擊檢測設(shè)備能夠長時(shí)間工作。
[0077] 實(shí)際應(yīng)用時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例中步驟S2采用W下步驟獲取受傷等級：
[0078] S21、根據(jù)所述加速度計(jì)算容傷指數(shù)；
[0079] S22、當(dāng)所述容傷指數(shù)超過指數(shù)預(yù)設(shè)值時(shí)，根據(jù)所述當(dāng)前環(huán)境壓力進(jìn)行壓力分級確 定受傷等級；
[0080] 如圖5所示，當(dāng)沖擊檢測設(shè)備初始化時(shí)進(jìn)行待機(jī)模式，加速度傳感器W第一預(yù)設(shè)頻 率(例如12.5化)采集加速度a,此時(shí)判斷穿戴者是否穿戴該沖擊檢測設(shè)備即計(jì)算當(dāng)前采集 周期與上一采集周期的加速度差值是否不大于第一預(yù)設(shè)值時(shí)（即A a = a2-ai《a日）。若條件 成立，則說明未穿戴該沖擊檢測設(shè)備繼續(xù)W第一預(yù)設(shè)頻率采集加速度。
[0081] 若不成立，則說明該沖擊檢測設(shè)備已經(jīng)被穿戴，此時(shí)加速度傳感器W第二預(yù)設(shè)頻 率(例如400Hz)采集加速度，同時(shí)壓力傳感器工作按照采集周期開始采集當(dāng)前環(huán)境壓力。若 加速度小于或者等于第二預(yù)設(shè)值，則說明當(dāng)前環(huán)境處于平穩(wěn)狀態(tài)（即穿戴者當(dāng)前環(huán)境沒有 發(fā)生沖擊情況），壓力傳感器與加速度傳感器繼續(xù)保持采集狀態(tài)。、
[0082] 若當(dāng)前環(huán)境的加速度大于第二預(yù)設(shè)值，則該加速度W第S預(yù)設(shè)頻率(例如400Hz) 采集加速度同時(shí)計(jì)算頭部容傷指數(shù)HIC，同時(shí)壓力傳感器工作按照采集周期開始采集當(dāng)前 環(huán)境壓力。
[0083] 所沐怒傷指#誦討Pi下親巧式計(jì)貸：
[0084]
[0085] 式中，a(t)為加速度，單位為g，g = 9.81m/s2;tl和t2為沖擊過程中的兩個(gè)時(shí)刻;t2- tl為tl時(shí)刻與t2時(shí)刻之間的 一段時(shí)間間隔，t2-ti《 15ms或者t2-ti《36ms。
[0086] 若穿戴部位(頭部)受到的沖擊時(shí)間非常短，容傷指數(shù)HIC超過預(yù)設(shè)值(例如1000) 時(shí)，說明穿戴部位有可能受到嚴(yán)重?fù)p傷。
[0087] 此時(shí)再結(jié)合壓力傳感器采集的當(dāng)前環(huán)境壓力判斷受傷等級。例如，若當(dāng)前環(huán)境壓 力P小于或者等于25psi，則受傷等級為輕度傷害，報(bào)警提示(例如W綠色的Lm)燈表示）。若 當(dāng)前環(huán)境壓力P小于或者等于40psi且大于25psi，則受傷等級為中度傷害，W黃色的Lm)燈 提示報(bào)警。若當(dāng)前環(huán)境壓力P大于40psi，則受傷等級為重度傷害，W紅色LH)燈提示報(bào)警。
[0088] 當(dāng)然，本發(fā)明實(shí)施例中還可W為壓力與加速度設(shè)置權(quán)重來判斷受傷等級。如表1所 示，利用壓力P、加速度容傷指數(shù)HIC判斷受傷指數(shù)G。
[0089] 表1受傷等級判斷方法
[0090]
[0
[0092] 例如，若采集的壓力小于Pl，則壓力傷害分值對應(yīng)為Gl = I，同時(shí)加速度傳感器采 集的加速度和脈沖時(shí)間，計(jì)算得到的HIC的值小于Al,貝陽日速度傷害分值為G2 = l。根據(jù)壓力 傷害和加速度傷害各占的權(quán)重U和12,得到綜合傷害分值G(G = G1 ? U+G2 ? 12)。最后根據(jù) 輸出的G值來判斷人員頭部受到傷害的等級。
[0093] 本發(fā)明實(shí)施例中，P0、P1、P2的參考值分別為5psi、25psi、40psiDA0、Al、A2的參考 值分別為1〇〇、250、1000。|1、12的參考值分別為0.6、0.4。
[0094] 可見，本發(fā)明實(shí)施例中通過測量加速度計(jì)算容傷指數(shù)，并且加速度傳感器根據(jù)不 同的場景工作在不同的采集頻率(待機(jī)、低頻、高頻），壓力傳感器僅在加速度傳感器工作在 低頻和高頻場景下采集壓力，運(yùn)樣可W使沖擊檢測設(shè)備短時(shí)間(通常是幾秒)處于高功耗狀 態(tài)，大部分時(shí)間處于低功耗狀態(tài)，從而極大提高了電源的續(xù)航能力。另外，本發(fā)明實(shí)施例在 加速度超過第二預(yù)設(shè)值且容傷指數(shù)超過預(yù)設(shè)值時(shí)再進(jìn)行壓力分級確定受傷等級，運(yùn)樣可W 提高確定受傷等級結(jié)果的準(zhǔn)確度。
[00對實(shí)施例四
[0096] 本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種穿戴式?jīng)_擊檢測設(shè)備的控制方法，如實(shí)施例=不同之 處在于，步驟S2包括：
[0097] S21'、利用力合成原理獲取投影為所述當(dāng)前環(huán)境壓力且在所述加速度方向的壓力 調(diào)整值；
[0098] S22'、根據(jù)所述壓力調(diào)整值進(jìn)行壓力分級確定受傷等級。
[0099] 如圖6所示，本發(fā)明實(shí)施例中穿戴者在爆炸環(huán)境中壓力傳感器采集的壓力F為水平 方向，加速度a與壓力F的夾角為b，根據(jù)力合成原理得到壓力調(diào)整值F'，且F'=F/cosb。
[0100] 然后利用壓力調(diào)整值F'判斷受傷等級。例如，若當(dāng)前環(huán)境壓力P小于或者等于 25psi，則受傷等級為輕度傷害，報(bào)警提示(例如W綠色的Lm)燈表示）。若當(dāng)前環(huán)境壓力P小 于或者等于40psi且大于25psi，則受傷等級為中度傷害，W黃色的Lm)燈提示報(bào)警。若當(dāng)前 環(huán)境壓力P大于40psi，則受傷等級為重度傷害，W紅色LH)燈提示報(bào)警。
[0101] 可見本實(shí)施例中通過對穿戴者受力進(jìn)行調(diào)整可W提高確定受傷等級結(jié)果的準(zhǔn)確 度。
[0102] 綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種穿戴式?jīng)_擊檢測設(shè)備及控制方法、系統(tǒng)，通過 設(shè)置壓力傳感器與加速度傳感器，結(jié)合壓力與加速度兩個(gè)參數(shù)判斷用戶的傷害等級，可W 克服僅僅使用壓力傳感器測量單一方向的壓力而引起的判斷結(jié)果不正確的問題，即提高了 傷害等級判斷結(jié)果的準(zhǔn)確率。另外，通過調(diào)整壓力傳感器W及加速度傳感器的工作狀態(tài)，可 W使沖擊檢測設(shè)備工作在低功耗狀態(tài)下，提高電源的續(xù)航時(shí)間。
[0103] 在本發(fā)明中，術(shù)語"第一"、"第二"、"第立"僅用于描述目的，而不能理解為指示或 暗示相對重要性。術(shù)語"多個(gè)"指兩個(gè)或兩個(gè)W上，除非另有明確的限定。
[0104] 雖然結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可W在不脫離本發(fā) 明的精神和范圍的情況下做出各種修改和變型，運(yùn)樣的修改和變型均落入由所附權(quán)利要求 所限定的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種穿戴式?jīng)_擊檢測設(shè)備，其特征在于，包括:傳感器、處理器、存儲器和報(bào)警裝置； 所述處理器分別與所述傳感器、所述報(bào)警裝置以及所述存儲器雙向通信連接； 所述傳感器用于采集用戶的所處環(huán)境的參數(shù)并發(fā)送給所述處理器； 所述處理器用于將所述環(huán)境的參數(shù)儲存到所述存儲器中，并根據(jù)預(yù)設(shè)算法處理后得到 用戶的傷害等級； 所述報(bào)警裝置用于接收來自所述處理器的傷害等級數(shù)據(jù)并提醒用戶； 所述傳感器為壓力傳感器和加速度傳感器。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的穿戴式?jīng)_擊檢測設(shè)備，其特征在于，所述壓力傳感器為NPP-301A-700A型號的壓力傳感器;所述加速度傳感器為ADXL375型號的加速度傳感器。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的穿戴式?jīng)_擊檢測設(shè)備，其特征在于，所述壓力傳感器還包括運(yùn) 算放大電路;所述運(yùn)算放大電路包括:運(yùn)算放大器U1A、運(yùn)算放大器U1B、運(yùn)算放大器U2B、電 阻R19、電阻R20、電阻R21、電阻R22、電阻R23、電阻R24、電阻R25和電容C9;其中， 所述運(yùn)算放大器U1A的同相輸入端連接所述壓力傳感器的輸出端1^〇此，反相輸入端通 過所述電阻R20連接所述運(yùn)算放大器U1B的反相輸入端，第一電源端輸入5V電源，第二電源 端接地，輸出端通過所述電阻R21連接所述運(yùn)算放大器U2B的反相輸入端以及通過所述電阻 R18連接反相輸入端； 所述運(yùn)算放大器U1B的同相輸入端連接所述壓力傳感器的輸出端?_〇此，反相輸入端通 過所述電阻R19連接其輸出端;輸出端通過所述電阻R22以及所述電阻R24接地； 所述運(yùn)算放大器U2B的同相輸入端連接所述電阻R24的未接地端，輸出端通過所述電阻 R23連接其反相輸入端;所述運(yùn)算放大器U2B的輸出端還通過所述電阻R25以及電容C9接地。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的穿戴式?jīng)_擊檢測設(shè)備，其特征在于，所述處理器為MC9508QG8 型號的單片機(jī)芯片。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的穿戴式?jīng)_擊檢測設(shè)備，其特征在于，還包括通信模塊，所述通 信模塊為藍(lán)牙電路、射頻電路、GSM、CDMA、3G、4G和5G中的一種或者多種。6. -種穿戴式?jīng)_擊檢測設(shè)備系統(tǒng)，其特征在于，包括多個(gè)如權(quán)利要求1~5任一項(xiàng)所述 的沖擊檢測設(shè)備，每個(gè)沖擊檢測設(shè)備之間通過通信模塊通信連接，用于獲取其他沖擊檢測 設(shè)備的傷害等級報(bào)警信息。7. -種穿戴式?jīng)_擊檢測設(shè)備的控制方法，其特征在于，基于權(quán)利要求1~5任意一項(xiàng)所 述的沖擊檢測設(shè)備實(shí)現(xiàn)，所述沖擊檢測設(shè)備包括壓力傳感器和加速度傳感器，所述壓力傳 感器以及加速度傳感器以預(yù)設(shè)采集周期采集數(shù)據(jù)，所述控制方法包括： 根據(jù)預(yù)設(shè)控制策略采集當(dāng)前環(huán)境的壓力和加速度； 根據(jù)所述壓力和加速度根據(jù)預(yù)設(shè)算法判斷當(dāng)前環(huán)境下穿戴者的傷害等級。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述根據(jù)預(yù)設(shè)控制策略采集當(dāng)前環(huán)境 的壓力和加速度的步驟中包括： 當(dāng)所述沖擊檢測設(shè)備初始化時(shí)，所述加速度傳感器以第一預(yù)設(shè)頻率測量加速度，此時(shí) 壓力傳感器處于待機(jī)狀態(tài)； 當(dāng)當(dāng)前采集周期與上一采集周期所采集的加速度的差值超過第一預(yù)設(shè)值時(shí)，所述加速 度傳感器以第二預(yù)設(shè)頻率測量加速度，同時(shí)所述壓力傳感器以預(yù)設(shè)采集周期采集當(dāng)前環(huán)境 壓力； 當(dāng)當(dāng)前采集周期所采集的加速度超過第二預(yù)設(shè)值時(shí)，所述加速度傳感器以第三預(yù)設(shè)頻 率測量加速度，同時(shí)所述壓力傳感器以預(yù)設(shè)采集周期采集當(dāng)前環(huán)境壓力。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制方法，其特征在于，當(dāng)所采集的加速度超過第二預(yù)設(shè)值 時(shí)，所述加速度傳感器以第三預(yù)設(shè)頻率測量加速度，同時(shí)所述壓力傳感器以預(yù)設(shè)采集周期 采集當(dāng)前環(huán)境壓力的步驟還包括： 根據(jù)所述加速度計(jì)算容傷指數(shù);所述容傷指數(shù)通過以下表達(dá)式計(jì)算：當(dāng)所述容傷指數(shù)超過指數(shù)預(yù)設(shè)值時(shí)，根據(jù)所述當(dāng)前環(huán)境壓力進(jìn)行壓力分級確定傷害等 級； 式中，a(t)為加速度，單位為8 4 = 9.81111/82;1：1和七2為沖擊過程中的兩個(gè)時(shí)刻山-1：1為 ti時(shí)刻與t2時(shí)刻之間的一段時(shí)間間隔，t2_ti<15ms或者t2_ti<36ms。10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制方法，其特征在于，當(dāng)所采集的加速度超過第二預(yù)設(shè)值 時(shí)，所述加速度傳感器以第三預(yù)設(shè)頻率測量加速度，同時(shí)所述壓力傳感器以預(yù)設(shè)采集周期 采集當(dāng)前環(huán)境壓力的步驟還包括： 利用力合成原理獲取投影為所述當(dāng)前環(huán)境壓力且在所述加速度方向的壓力調(diào)整值； 根據(jù)所述壓力調(diào)整值進(jìn)行壓力分級確定傷害等級。
【文檔編號】G01D21/02GK105953839SQ201610465549
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】袁夢琦, 王玢玢, 錢新明, 劉振翼, 黃平
【申請人】北京理工大學(xué)